(57)【要約】  異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化を図ることが可能な照明装置および表示装置を提供する。光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から入射する各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材１２を設ける。大規模な光学系（光学部材）を用いずに、そのような光路変換を行うことができる。
2012014797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
前記複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材と
を備えた照明装置。
【請求項２】
前記光路変換部材は、各出射光における中心光線同士がなす角度が略０度となるように、前記光路変換を行う
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光路変換部材は、回折格子構造を有する
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折格子構造が、周期的な段差面構造からなるステップ構造により形成されており、
前記ステップ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記段差面構造の深さをＤとしたとき、
前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ステップ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記回折格子構造が、周期的な傾斜面構造からなるブレーズ構造により形成されており、
前記ブレーズ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記傾斜面構造の深さをＤとしたとき、
前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ブレーズ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数種類の光源からの出射光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、いずれも面内異方性を有する形状であり、
前記ＦＦＰの長軸方向が、前記複数種類の光源間で互いに一致している
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数種類の光源からの出射光の偏光方向が２種類存在し、
前記２種類の偏光方向を変化させてそれらの偏光方向を互いに近づけるための位相差板が設けられている
請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記位相差板は、前記２種類の偏光方向を選択的に変化させてそれらの偏光方向を互いに一致させるものである
請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源部内において、少なくとも１種類の光源が光軸に対して傾斜配置されている
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源部が、前記複数種類の光源をそれぞれ収容するようにパッケージ化されている
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記複数種類の光源が、赤色光、緑色光または青色光を発する３種類の光源である
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記複数種類の光源のうちの少なくとも１つが、レーザ光源である
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
照明装置と、
前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を備え、
前記照明装置は、
異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
前記複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材と
を有する表示装置。
【請求項１４】
前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記光変調素子が液晶素子である
請求項１３または請求項１４に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する照明装置、およびそのような照明装置を用いて映像表示を行う表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ（投射型表示装置）の主要部品の１つである光学モジュールは、一般に、光源を含む照明光学系（照明装置）と、光変調素子を含む投射光学系（投影光学系）とから構成されている。このようなプロジェクタの分野では、近年、マイクロプロジェクタと呼ばれる小型（手のひらサイズ）かつ軽量な携帯型プロジェクタが普及し始めている。このマイクロプロジェクタでは、従来、照明装置の光源として主にＬＥＤ（Light Emitting Diode）が使用されている。【０００３】
一方で、最近では照明装置の新たな光源として、レーザが注目されている。例えば、高出力の青色半導体レーザや赤色半導体レーザの商用化に続いて、現在では緑色半導体レーザの開発も進んでおり、実用化レベルに達しつつある。このような背景から、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色の単色レーザ（半導体レーザ）を照明装置の光源として用いたプロジェクタの提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。光源として単色レーザを用いることにより、色再現範囲が広く、かつ消費電力も小さいプロジェクタを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８８０５６号公報
【特許文献２】ＷＯ２００７／１１６９３５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記した従来のプロジェクタにおける照明装置では、３原色の各単色レーザから発せられた光を光路合成（色合成）して映像表示に用いるには、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要があった。具体的には、例えば高ＮＡレンズやダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの光学部材を用いる必要があった。したがって、従来の照明装置では、これらの光学部材を物理的に配置するための広いスペースを要していたため、プロジェクタにおける更なる小型化（軽量化）を妨げる一因となっていた。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化を図ることが可能な照明装置および表示装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の照明装置は、異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光路変換部材とを備えたものである。
【０００８】
本発明の表示装置は、上記本発明の照明装置と、この照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子とを備えたものである。
【０００９】
本発明の照明装置および表示装置では、光源部における複数種類の光源から光路変換部材へ入射した波長が異なる各入射光が、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換がなされて光路変換部材から出射される。すなわち、複数種類の光源からそれぞれ発せられた光が、従来のような大規模な光学系（光学部材）を用いることなく、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換（例えば、色合成や光路合成）がなされて出射する。
【００１０】
本発明の照明装置および表示装置によれば、複数種類の光源から入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材を設けるようにしたので、大規模な光学系（光学部材）を用いずにそのような光路変換を行うことができる。よって、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。
【図２】図１に示した光源ユニットの詳細構成を光路変換部材と共に表わす模式断面図である。
【図３】図２に示した光路変換部材の作用について説明するための模式図である。
【図４】図２に示した光路変換部材の詳細構成を表す断面図である。
【図５】比較例１に係る表示装置の全体構成を表す図である。
【図６】比較例２に係る表示装置の全体構成を表す図である。
【図７】図１に示した位相差板の作用について説明するための模式斜視図である。
【図８】第２の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表す図である。
【図９】変形例１に係る光源ユニットの詳細構成を光路変換部材と共に表わす模式断面図である。
【図１０】変形例２に係る光路変換部材の詳細構成を表す断面図である。
【図１１】実施例１−１〜１−６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図１２】実施例１−７〜１−１２に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図１３】実施例１−１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１４】実施例１−２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１５】実施例１−３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１６】実施例１−４に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１７】実施例１−５に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１８】実施例１−６に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図１９】実施例１−７に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２０】実施例１−８に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２１】実施例１−９に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２２】実施例１−１０に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２３】実施例１−１１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２４】実施例１−１２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２５】実施例２−１〜２−３に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図２６】実施例２−１に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２７】実施例２−２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２８】実施例２−３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図２９】実施例３−１〜３−６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３０】実施例３−７〜３−１２に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３１】実施例３−１３〜３−１８に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３２】実施例３−１９〜３−２４に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３３】実施例３−２５〜３−３０に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３４】実施例３−３１〜３−３４に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図３５】実施例３−２に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図３６】実施例３−３に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図３７】実施例３−１７に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図３８】実施例３−１９に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図３９】実施例４−１〜４−６に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図４０】実施例４−７，４−８に係る光路変換部材のパラメータを表す図である。
【図４１】実施例４−４に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【図４２】実施例４−８に係る光路変換部材の回折効率特性を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（光変調素子として反射型液晶素子を用いた例）
２．第２の実施の形態（光変調素子としてＤＭＤを用いた例）
３．第１，第２の実施の形態に共通の変形例
変形例１（光源ユニット内において光源を光軸に対して傾斜配置させた例）
変形例２（他の回折格子構造（ブレーズ構造）を有する光路変換部材を用いた例）
４．実施例
実施例１−１〜１−１２（ステップ構造の光路変換部材，３種類の光源の例）
実施例２−１〜２−３  （ブレーズ構造の光路変換部材，３種類の光源の例）
実施例３−１〜３−３４（ステップ構造の光路変換部材，２種類の光源の例）
実施例４−１〜４−８  （ブレーズ構造の光路変換部材，２種類の光源の例）
５．その他の変形例
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
［表示装置３の全体構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置（表示装置３）の全体構成を表すものである。この表示装置３は、スクリーン３０（被投射面）に対して映像（映像光）を投射する投射型の表示装置であり、照明装置１と、この照明装置１からの照明光を用いて映像表示を行うための光学系（表示光学系）とを備えている。
【００１４】
（照明装置１）
照明装置１は、図中に示した光軸Ｚに沿って順に、光源ユニット１１（光源部）、光路変換部材１２、位相差板（波長板）１３、コリメータレンズ１４およびフライアイレンズ１５を有している。
【００１５】
光源ユニット１１は、異なる波長の光を発する３種類の光源である、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂを含んで構成されている。これらの各レーザは、例えば半導体レーザや固体レーザ等からなる。このようなレーザは、後述するように、出射されるレーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ；Far Field Pattern）の形状が、面内異方性を有する形状（例えば楕円形）となるものである。すなわち、各レーザから出射された光は、干渉性（コヒーレンス性）において面内異方性を有している。なお、この光源ユニット１１の詳細構成については後述する（図２）。
【００１６】
光路変換部材１２は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ入射する各入射光における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、入射光に対する光路変換を行う光学部材である。具体的には、ここでは特に、光路変換部材１２からの各出射光における中心光線同士がなす角度が略０（ゼロ）度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）を行っている。これにより、光源ユニット１１内における各レーザの発光点位置のずれにより生じる出射光の光軸ずれが補正され、後述するフライアイレンズ１５に対して正規な状態で各出射光を入射させることが可能となる。なお、この光路変換部材１２の詳細構成については後述する（図２〜図４）。
【００１７】
位相差板１３は、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからの各出射光の偏光方向が２種類存在する場合に、これら２種類の偏光方向を変化させてそれらの偏光方向を近づけるためのものである。具体的には、ここでは特に、これら２種類の偏光方向を選択的に変化させることにより、位相差板１３の透過後にそれらの偏光方向が互いに一致するようにしている。なお、この位相差板１３の詳細な作用については後述する（図７）。
【００１８】
コリメータレンズ１４は、位相差板１３から入射する光をコリメートして平行光とするためのレンズである。
【００１９】
フライアイレンズ１５は、基板上に複数のレンズが２次元配置されたものであり、これらのレンズの配列に応じて入射光束を空間的に分割して出射させるものである。これにより、このフライアイレンズ１５からの出射光が均一化され（面内の輝度分布が均一化され）、照明光として出射されることになる。
【００２０】
（表示光学系）
前述した表示光学系は、光変調素子２１、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarization Beam Splitter）２２および投射レンズ２３（投射光学系）を用いて構成されている。
【００２１】
光変調素子２１は、照明装置１からの照明光を、図示しない表示制御部から供給される映像信号に基づいて変調しつつ反射させることにより、映像光を出射するものである。このとき、光変調素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）が異なるものとなるように、反射がなされる。このような光変調素子２１は、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型の液晶素子からなる。
【００２２】
偏光ビームスプリッタ２２は、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に透過させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に反射させる光学部材である。これにより、照明装置１からの照明光（例えばｓ偏光）が選択的に反射されて光変調素子２１へ入射すると共に、この光変調素子２１から出射した映像光（例えばｐ偏光）が選択的に透過し、投射レンズ２３へ入射するようになっている。
【００２３】
投射レンズ２３は、光変調素子２１により変調された照明光（映像光）をスクリーン３０に対して投射（拡大投射）するためのレンズであり、ここでは３枚のレンズ２３ａ，２３ｂ，２３ｃからなる。
【００２４】
［光源ユニット１１および光路変換部材１２の詳細構成］
次に、図２〜図４を参照して、上記した光源ユニット１１および光路変換部材１２の詳細構成について説明する。
【００２５】
（光源ユニット１１）
図２は、光源ユニット１１の詳細な断面構成を、光路変換部材１２と共に模式的に表したものである。光源ユニット１１は、前述した３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）をそれぞれ収容するようにパッケージ化された構造となっている。
【００２６】
具体的には、この光源ユニット１１では、平板状の支持部材（基体）１１０上に放熱部材（ヒートシンク，ステム）１１２が配置されると共に、この放熱部材１１２上に、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれマウントされている。支持部材１１０には、複数の接続用の端子１１１が貫通してそれぞれ外部へ突出している。これらの端子１１１は、各レーザの近傍において、それらとボンディングワイヤ１１３によって個別に接続されている。そして、支持部材１１０上には、放熱部材１１２および各レーザ等の全体を覆うようにして、封止部材（包装部材，パッケージ）が設けられている。すなわち、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、１つ（単一）のパッケージ（封止部材１１４）内に収納されている。このようにして、複数種類の光源が１つのパッケージ内に集積化されることにより、照明装置１全体の小型化を図ることが可能となっている。なお、各レーザからの光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）は、封止部材１１４に設けられた出射領域（窓部分）１１４ａを介して外部へ出射されるようになっている。
【００２７】
ここで、光源ユニット１１内では、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが、所定の距離を隔ててこの順序に並列配置されている。本実施の形態では、これらの各レーザは光軸Ｚに対して平行配置されており、図中に示したように、各レーザからの光の光路が光軸Ｚに対して平行となっている。また、ここでは一例として、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚ上に配置されると共に、図中に示したように、この緑色レーザ１１Ｇを中心として赤色レーザ１１Ｒ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ、距離Δｒ，Δｂを隔てて配置されている。
【００２８】
更に、詳細は後述するが、光源ユニット１１内では、各レーザからの出射光における前述したＦＦＰの長軸方向が互いに一致することとなるように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されている。
【００２９】
（光路変換部材１２）
光路変換部材１２は、図３に示したように、光源ユニット１１内の各レーザから入射する際の光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて、各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う。ここでは特に、光路変換部材１２からの各出射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度が略０度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）を行っている。
【００３０】
ここで図３を参照して、この光路変換部材１２の作用（光路変換の原理）について詳細に説明する。なお、図３では説明の簡略化のため、２種類の光源（光源１１−１，１１−２）が設けられているものとする。光源１１−１は、発散光をなす光束φ１を出射するものであり（光束φ１における各光線の軌跡を破線で図示）、光源１１−２は、発散光をなす光束φ２を出射するものである（光束φ２における各光線の軌跡を一点鎖線で図示）。また、光束φ１において、光路変換部材１２への入射光における中心光線をＬ１cin、光路変換部材１２からの出射光における中心光線をＬ１coutとする。同様に、光束φ２において、光路変換部材１２への入射光における中心光線をＬ２cin、光路変換部材１２からの出射光における中心光線をＬ２coutとする。
【００３１】
このとき、光路変換部材１２は、光源１１−１，１１−２からそれぞれ入射する中心光線Ｌ１cin，Ｌ２cin同士がなす角度θinと比べて、出射する中心光線Ｌ１cout，Ｌ２cout同士がなす角度θoutのほうがより小さくなるように、光路変換を行う。すなわち、θin＞θoutという条件式を満たすように、光路変換を行う。そして、特にここでは、光路変換部材１２から出射する中心光線Ｌ１cout，Ｌ２cout同士がなす角度θout≒０°となるように（望ましくは、θout＝０°となるように）、光路変換を行う。
【００３２】
この光路変換部材１２は、回折格子構造（１次元の回折格子構造）を有している。具体的には、本実施の形態では、この回折格子構造が以下詳述するステップ構造により形成されている。このステップ構造を有する光路変換部材１２を用いた場合、以下の（１）〜（４）式で規定されるいずれかの条件式を満たすようにするのが望ましい。このような条件式を満たすように各レーザが配置されることにより、光路変換部材１２からの各出射光における中心光線同士がなす角度が０度となる（色合成，光路合成がなされる）ことになるからである。なお、これらの式において、青色レーザ光Ｌｂの波長λｂ＝４３５〜４６０ｎｍ程度、緑色レーザ光Ｌｇの波長λｇ＝５００〜５６０ｎｍ程度、赤色レーザ光Ｌｒの波長λｒ＝６２５〜６５０ｎｍ程度であるものとする。また、光路変換部材１２から出射される青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数をそれぞれ、ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとし、青色レーザ１１Ｂ、緑色レーザ１１Ｇおよび赤色レーザ１１Ｒと光軸Ｚとの距離をそれぞれ、Δｂ，Δｇ，Δｒとする。
【００３３】
【数１】
2012014797.tif 000003
【００３４】
図４は、光路変換部材１２の詳細な断面構成を概念図で表したものである。光路変換部材１２は、基体部１２０と、この基体部１２０の一面（表面）側に周期的に形成された段差面１２０ａからなる回折格子構造とを有している。すなわち、この光路変換部材１２における回折格子構造は、周期的な段差面構造からなる上記ステップ構造により形成されている。このステップ構造では、具体的には図中に示したように、０レベル〜Ｌレベル（ここでは３レベル）の段差面１２０ａとなっており、この段差面１２０ａ（段差面構造）における深さ（溝深さ）がＤ、段差面構造（単位回折構造）のピッチがＰとなっている。
【００３５】
このようなステップ構造を有する光路変換部材１２では、図中に示したように、波長λの入射光Ｌinが入射した場合、ｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）および回折角θｎはそれぞれ、以下の（５）式および（６）式により表わされる。なお、（５）式において、段差面１２０ａにおけるステップレベル数をＬ、入射側（光路変換部材１２）の媒質屈折率をｎ０、出射側の媒質屈折率をｎ１（＝１）とする。
【００３６】
【数２】
2012014797.tif 000004
【００３７】
ここで、本実施の形態の光路変換部材１２では、上記（５）式により規定されるｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上（Ｉ（ｎ，Ｄ）≧０．７）となるように、ステップ構造における深さ（溝深さ）Ｄが設定されているのが望ましい。これは、以下の理由によるものである。すなわち、まず、光学の効率（幾何光学）として７０％（０．７）程度を確保するためには、レーザの放射角度（垂直方向：２０〜４５°程度）を考慮すると、ＮＡ≧０．２６であることが必要である。また、マイクロプロジェクタにおける明るさの効率指標として、例えば１０（ルーメン／Ｗ）という数値が挙げられる。ここで、明るさの効率は、光学の効率、電気の効率、光源の発光効率および視感度を用いて、所定の定義式により算出される。ここで、光学の効率は、幾何光学的な効率（約７０％、ＮＡに依存）と、部品の透過率（約８０％）と、偏光の効率（約９０％）とにより規定される。また、電気の効率は、光変調素子の開口率と反射率（約６０％）とにより規定されている。光源の発光効率は（詳細には波長によっても異なるが）、約２０〜２５（Ｗ／Ｗ）である。視感度としては、通常の常数値を用いる。
【００３８】
上記したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７の条件式を満たすときの、ステップ構造におけるステップレベル数Ｌと、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせとしては、例えば以下の（７）〜（１８）式で示したものが挙げられる。
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）  ……（７）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝−１  ｎｇ＝−１、ｎｒ＝−１）  ……（８）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝−１、ｎｇ＝  ０、ｎｒ＝＋１）  ……（９）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝−１、ｎｒ＝＋１）  ……（１０）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝−１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝−１）  ……（１１）
Ｌ＝３、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝  ０、ｎｒ＝−１）  ……（１２）
Ｌ＝４、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝  ０、ｎｒ＝−１）  ……（１３）
Ｌ＝５、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝  ０、ｎｒ＝−１）  ……（１４）
Ｌ＝５、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）  ……（１５）
Ｌ＝６、（ｎｂ＝−２、ｎｇ＝＋２、ｎｒ＝−１）  ……（１６）
Ｌ＝６、（ｎｂ＝  ０、ｎｇ＝−１、ｎｒ＝−２）  ……（１７）
Ｌ＝７、（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝−１、ｎｒ＝−２）  ……（１８）
【００３９】
［表示装置３の作用・効果］
（１．表示動作）
この表示装置３では、まず照明装置１において、光源ユニット１１内の赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）に対し、光路変換素子１２において所定の光路変換がなされる。このようにして光路変換がなされた光は、位相差板１３を通過した後にコリメータレンズ１４によってコリメートされ、平行光となってフライアイレンズ１５へ入射する。そして、この入射光はフライアイレンズ１５によって均一化（面内の輝度分布の均一化）がなされ、照明光として出射される。
【００４０】
次いで、この照明光は偏光ビームスプリッタ２２によって選択的に反射され、光変調素子２１へ入射する。光変調素子２１では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２１では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２１から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２２を透過し、投射レンズ２３へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２３によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。
【００４１】
この際、光源ユニット１１において、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、時分割的に順次発光（パルス発光）し、各レーザ光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）を出射する。そして、光変調素子２１では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３においてなされる。
【００４２】
（２．特徴的部分の作用）
次に、本発明の特徴的部分の作用（照明装置１の作用）について、比較例（比較例１，２）と比較しつつ詳細に説明する。
【００４３】
（比較例１）
図５は、比較例１に係る表示装置（表示装置１００）の全体構成を表したものである。この比較例１の表示装置１００は、本実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置であり、照明装置１０１と、表示光学系（投射光学系）としての投射レンズ１０５とを備えている。
【００４４】
照明装置１０１は、赤色レーザ１０１Ｒ、緑色レーザ１０１Ｇおよび青色レーザ１０１Ｂを有している。照明装置１０１はまた、赤色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｒ（ホログラム１０２Ｒ１およびフィールドレンズ１０２Ｒ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｒとを有している。同様に、緑色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｇ（ホログラム１０２Ｇ１およびフィールドレンズ１０２Ｇ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｇとを有している。また、青色レーザ光の光路上に、均一化光学系１０２Ｂ（ホログラム１０２Ｂ１およびフィールドレンズ１０２Ｂ２）と、光変調素子（透過型液晶素子）１０３Ｂとを有している。照明装置１０１は更に、色合成手段（光路合成手段）としてのダイクロイックプリズム１０４を有している。一方、投射レンズ１０５は、ここでは３枚のレンズ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃからなる。
【００４５】
この比較例１の表示装置１００では、照明装置１０１において、赤色レーザ１０１Ｒからそれぞれ出射された光（レーザ光）は、均一化光学系１０２Ｒによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｒにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。同様に、緑色レーザ１０１Ｇからそれぞれ出射された光は、均一化光学系１０２Ｇによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｇにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。また、青色レーザ１０１Ｂからそれぞれ出射された光は、均一化光学系１０２Ｂによって均一化が図られた後、光変調素子１０３Ｂにおいて映像信号に基づいて変調されつつ透過し、映像光として出射する。このようにして光変調素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂからそれぞれ出射された各色の映像光は、ダイクロイックプリズム１０４において色合成（光路合成）がなされ、カラー映像に対応する映像光として投射レンズ１０５へ入射する。そして、このカラー映像光が投射レンズ１０５によってスクリーン３０に対して投射（拡大投射）されることにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置１００においてなされる。
【００４６】
ここで、この照明装置１０１では、例えば赤色レーザ１０１Ｒ、緑色レーザ１０１Ｇおよび青色レーザ１０１Ｂとしてパッケージ化された半導体レーザを用いる場合、以下の理由により、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要が生じる。すなわち、この場合にはまず、外形寸法としてφ５．６ｍｍ程度かつ全長３．５ｍｍ程度（リード部を除く）を有する半導体レーザパッケージと、高ＮＡかつ外径形状が大きなフィールドレンズ１０２Ｒ２，１０２Ｇ２，１０２Ｂ２とを用いる必要がある。そして、照明装置１０１内には、上記したダイクロイックプリズム（クロスプリズム）１０４も配置されることとなる。このような部材が用いられた照明装置１０１は、マイクロプロジェクタ用の照明装置としてはサイズ的に大きくなり、小型なプロジェクタを実現するのが困難となる。
【００４７】
（比較例２）
図６は、比較例２に係る表示装置（表示装置２００）の全体構成を表したものである。この比較例２の表示装置２００も、本実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置である。この表示装置２００は、照明装置２０１と、表示光学系としての光変調素子（反射型液晶素子）２０８、偏光ビームスプリッタ２０９および投射レンズ２１０（投射光学系）とを備えている。
【００４８】
照明装置２０１は、赤色レーザ２０１Ｒ、緑色レーザ２０１Ｇおよび青色レーザ２０１Ｂを有している。この照明装置２０１はまた、ミラー２０２Ｂ、ダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇ、集光レンズ２０３、拡散素子２０４ａ，２０４ｂ、駆動部２０５、ロッドインテグレータ２０６およびレンズ２０７を有している。
【００４９】
この比較例２の表示装置２００では、照明装置２０１において、青色レーザ２０１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）は、ミラー２０２Ｂによって反射された後、ダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇを選択的に透過し、集光レンズ２０３へ入射する。一方、赤色レーザ２０１Ｒから出射された光は、ダイクロイックミラー２０２Ｒによって選択的に反射された後、ダイクロイックミラー２０２Ｇを選択的に透過し、集光レンズ２０３へ入射する。他方、緑色レーザ２０１Ｇから出射された光は、ダイクロイックミラー２０２Ｇによって選択的に反射され、集光レンズ２０３へ入射する。このようにして、ミラー２０２Ｂおよびダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇによって、各レーザから出射された光に対して色合成（光路合成）がなされ、集光レンズ２０３へ入射する。この色合成がなされた後の入射光は、集光レンズ２０３によって、ロッドインテグレータ２０６の入射端面上に集光される。このとき、拡散素子２０４ａ，２０４ｂを集光光が透過する際に、駆動部２０５からこれらの拡散素子２０４ａ，２０４ｂへ印加される電圧の大きさに応じて、この集光光が拡散される。そして、ロッドインテグレータ２０６へ入射した拡散光は、その内部において多重反射されることにより、ロッドインテグレータ２０６の出射端面上においてほぼ均一な光量分布が形成される。このようにして均一化が図られた光はレンズ２０７を通過し、照明光として照明装置２０１から出射される。
【００５０】
次いで、この照明光は偏光ビームスプリッタ２０９によって選択的に反射され、光変調素子２０８へ入射する。光変調素子２０８では、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２０８では、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２０８から出射した映像光は選択的に偏光ビームスプリッタ２０９を透過し、投射レンズ２１０へと入射する。そして、この入射光（映像光）は、投射レンズ２１０によって、スクリーン３０に対して投射（拡大投射）される。この際、赤色レーザ２０１Ｒ、緑色レーザ２０１Ｇおよび青色レーザ２０１Ｂはそれぞれ、時分割的に順次発光（パルス発光）し、各色レーザ光を出射する。そして、光変調素子２０８では、各色成分（赤色成分、緑色成分、青色成分）の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置２００においてなされる。
【００５１】
ここで、この照明装置２０１内には、上記したように色合成手段（光路合成手段）としてのミラー２０２Ｂおよびダイクロイックミラー２０２Ｒ，２０２Ｇが配置されることになる。このような部材が用いられた照明装置２０１もまた、マイクロプロジェクタ用の照明装置としてはサイズ的に大きくなり、小型なプロジェクタを実現するのが困難となる。
【００５２】
このように、比較例１，２に係る照明装置１０１，２０１ではそれぞれ、３原色の各単色レーザから発せられた光を光路合成（色合成）して映像表示に用いるには、大規模（大型）な光学系（光学部材）を構築する必要がある。具体的には、例えば高ＮＡレンズやダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの光学部材を用いる必要がある。したがって、これらの照明装置では、上記した光学部材を物理的に配置するための広いスペースを要するため、プロジェクタ（投射型表示装置）における更なる小型化（軽量化）を妨げる一因となってしまう。
【００５３】
（本実施の形態）
これに対して本実施の形態の照明装置１では、光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から光路変換部材１２へ入射した波長が異なる各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）が、以下のようにして光路変換される。すなわち、図２および図３に示したように、入射する際の光の中心光線同士がなす角度と比べて出射する際の光の中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように、光路変換がなされる。また、ここでは特に、光路変換部材１２からの出射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度が略０度となるように（望ましくは０度なるように）、光路変換（色合成，光路合成）が行われる。
【００５４】
これにより照明装置１では、複数種類の光源からそれぞれ発せられた光が、上記比較例１，２のような大規模な光学系（光学部材）を用いることなく、それらの中心光線同士がなす角度がより小さくなるように光路変換がなされて出射する。
【００５５】
また、照明装置１では、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射されるレーザ光におけるＦＦＰの形状が、面内異方性を有する形状（ここでは楕円形）となっている。すなわち、各レーザから出射されたレーザ光は、干渉性（コヒーレンス性）において面内異方性を有している。具体的には、赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光ＬｂにおけるＦＦＰの形状が、ＸＹ平面内においてＸ方向に短軸、Ｙ方向に長軸をそれぞれ有する楕円形となっている。換言すると、これらのレーザ光において、高干渉性を示す軸方向がＸ方向、低干渉性を示す軸方向がＹ方向にそれぞれ重なるように、赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されている。
【００５６】
このように、各レーザからの出射光におけるＦＦＰの長軸方向が互いに一致することとなるように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ配置されていることにより、照明装置１では以下の利点が生ずる。すなわち、例えばＩカット形状のレンズを用いた場合などにおいて、光損失が低減される。具体的には、Ｉカット形状のレンズを用いた場合、Ｉカットされる部分では光学的有効範囲が犠牲になるものの、レーザの放射角度の長軸方向をＩカットする方向（有効径が広い方向）に合わせることにより、光損失を低減することができる。
【００５７】
更に、本実施の形態では、照明装置１内に以下詳述する位相差板１３が設けられていることにより、各レーザからの出射光の偏光方向が２種類存在する場合であっても、それらの偏光方向が互いに近づく（ここでは一致する）ようになされる。
【００５８】
具体的には、まず例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、赤色レーザ１１Ｒから出射される赤色レーザ光Ｌｒと、緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射される緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂとでは、出射直後の偏光方向Ｐ１ｒ，Ｐ１ｇｂが互いに異なる。すなわち、ここでは図７（Ａ）に示したように、赤色レーザ光Ｌｒの偏光方向Ｐ１ｒは、ＦＦＰ形状の長軸方向（Ｙ軸方向）である。一方、図７（Ｂ）に示したように、緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂの偏光方向Ｐ１ｇｂは、ＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）となる。このように、Ｒ，Ｇ，Ｂ間で、レーザ光のＦＦＰ形状が一致しているのにも関わらず、それらの偏光方向が異なっている（ここでは２種類の偏光方向が存在している）場合、そのままでは以下の問題が生ずる。すなわち、例えば本実施の形態の表示装置３のように、反射型の光変調素子（液晶素子）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせを用いて光変調動作を行う場合、各色のレーザ光同士で偏光方向を一致させる必要があることから、そのような光変調動作に対応できなくなる。
【００５９】
そこで本実施の形態では、位相差板１３は、上記のように赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからの各出射光の偏光方向が２種類存在する場合に、これら２種類の偏光方向を変化させ、それらの偏光方向を近づけるようにする。具体的には、ここでは特に、これら２種類の偏光方向を選択的に変化させることにより、位相差板１３の透過後にそれらの偏光方向が互いに一致するようする。すなわち、ここでは例えば図７（Ａ）に示したように、偏光方向Ｐ１ｒがＦＦＰ形状の長軸方向（Ｙ軸方向）を示す赤色レーザ光Ｌｒに対しては、位相差板１３はその偏光方向を９０°回転させる１／２波長板として作用する。これにより、この位相差板１３を通過した後の赤色レーザ光Ｌｒは、偏光方向Ｐ２ｒがＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示すようになる。一方、例えば図７（Ｂ）に示したように、偏光方向Ｐ２ｒが元々ＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示している緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂに対しては、位相差板１３は何も作用しない（その偏光方向を変化させない）。これにより、この位相差板１３を通過した後の緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂは、そのまま、偏光方向Ｐ２ｇｂがＦＦＰ形状の短軸方向（Ｘ軸方向）を示す。
【００６０】
このようにして、位相差板１３を通過した後の赤色レーザ光Ｌｒ、緑色レーザ光Ｌｇおよび青色レーザ光Ｌｂはそれぞれ、それらの偏光方向Ｐ２ｒ，Ｐ２ｇｂが互いに一致（Ｘ軸方向）するようになる。したがって、上記したように反射型の光変調素子（液晶素子）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせを用いて光変調動作を行う場合にも対応できるようになる。
【００６１】
以上のように本実施の形態では、光源ユニット１１内の３種類の光源（赤色レーザ１１Ｒ，緑色レーザ１１Ｇ，青色レーザ１１Ｂ）から入射する各入射光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）における中心光線同士がなす角度と比べて各出射光における中心光線同士がなす角度のほうがより小さくなるように光路変換を行う光路変換部材１２を設けるようにしたので、大規模な光学系（光学部材）を用いずにそのような光路変換を行うことができる。よって、異なる波長の光を発する複数種類の光源を用いた場合において、小型化（軽量化）を図ることが可能となる。
【００６２】
また、光路変換部材１２における回折格子構造として、ステップ構造を用いるようにしたので、異なる波長の光に対して光ビームの進行方向（回折角）と効率（回折効率）とを、それぞれ状況に応じて適切に選択することが可能となる。更に、このステップ構造のほうが後述する変形例２に係るブレーズ構造と比べて、回折格子構造を形成し易く、また回折光の次数を小さくすることができるため、各レーザ間の距離を小さく設定し易くすることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、光源ユニット１１内において、異なる波長の光を発する３種類の光源を用いた場合について説明したが、例えば３種類の光源ではなく２種類の光源を用いるようにしてもよく、以下説明する他の実施の形態および変形例についても同様である。
【００６４】
＜第２の実施の形態＞
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６５】
［表示装置３Ａの全体構成］
図８は、第２の実施の形態に係る表示装置（表示装置３Ａ）の全体構成を表したものである。本実施の形態の表示装置３Ａもまた、第１の実施の形態の表示装置３と同様に、スクリーン３０に対して映像光を投射する投射型の表示装置である。この表示装置３Ａは、照明装置１Ａと、表示光学系としての光変調素子２１Ａおよび分岐プレート２４とを備えている。
【００６６】
（照明装置１Ａ）
照明装置１Ａは、光源ユニット１１、光路変換部材１２、位相差板１３およびコンデンサレンズ１６ａ，１６ｂを有している。すなわち、この照明装置１Ａは、第１の実施の形態の照明装置１において、コリメータレンズ１４およびフライアイレンズ１５の代わりに、コンデンサレンズ１６ａ，１６ｂを設けたものとなっている。
【００６７】
コンデンサレンズ１６ａ，１６ｂはそれぞれ、位相差板１３を通過して入射した光（赤色レーザ光Ｌｒ，緑色レーザ光Ｌｇ，青色レーザ光Ｌｂ）に対してＮＡ変換を行うものである。
【００６８】
（表示光学系）
光変調素子２１Ａは、照明装置１Ａからの照明光を、図示しない表示制御部から供給される映像信号に基づいて変調しつつ反射させることにより、映像光を出射するものである。このとき、光変調素子２１Ａでは、入射時と出射時とにおける各偏光（例えば、ｓ偏光またはｐ偏光）が異なるものとなるように、反射がなされる。また、この光変調素子２１Ａは、ミラー走査動作によってスクリーン３０上に映像を形成するようになっている。このような光変調素子２１Ａは、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等からなる。
【００６９】
分岐プレート２４は、特定の偏光（例えばｓ偏光）を選択的に透過させると共に、他方の偏光（例えばｐ偏光）を選択的に反射させる光学部材である。これにより、照明装置１Ａからの照明光（例えばｓ偏光）が選択的に反射されて光変調素子２１Ａへ入射すると共に、この光変調素子２１Ａから出射した映像光（例えばｐ偏光）が選択的に透過し、スクリーン３０へ投射されるようになっている。
【００７０】
［表示装置３Ａの作用・効果］
この表示装置３Ａでは、照明装置１Ａにおいて照明装置１と同様に、光源ユニット１１内の赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂからそれぞれ出射された光（レーザ光）に対し、光路変換素子１２において所定の光路変換がなされる。このようにして光路変換がなされた光は、位相差板１３を通過した後にコンデンサレンズ１６ａ，１６ｂによってＮＡ変換がなされ、照明光として出射される。
【００７１】
次いで、この照明光は分岐プレート２４によって選択的に反射され、光変調素子２１Ａへ入射する。光変調素子２１Ａでは、この入射光が映像信号に基づいて変調されつつ反射されることにより、映像光として出射する。ここで、この光変調素子２１Ａでは、入射時と出射時とにおける各偏光が異なるものとなるため、光変調素子２１Ａから出射した映像光は選択的に分岐プレート２４を透過する。このとき、変調素子２１Ａはまた、ミラー走査動作によってスクリーン３０上に映像を形成する。
【００７２】
この際、表示装置３と同様に光源ユニット１１では、各色のレーザ光が時分割的に順次出射される。そして、光変調素子２１Ａでは各色成分の映像信号に基づいて、対応する色のレーザ光が時分割的に順次変調される。これにより、映像信号に基づくカラー映像表示が表示装置３Ａにおいてなされる。
【００７３】
このようにして本実施の形態の表示装置３Ａにおいても、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
【００７４】
＜変形例＞
続いて、上記第１および第２の実施の形態に共通の変形例（変形例１，２）について説明する。なお、これらの実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７５】
［変形例１］
図９は、変形例１に係る光源ユニット（光源ユニット１１Ａ）の断面構成を、光路変換部材１２と共に模式的に表したものである。本変形例の光源ユニット１１Ａは、第１の実施の形態の光源ユニット１１において、光源としての各色レーザのうちの少なくとも１種類が光軸Ｚに対して傾斜配置されたものであり、他の構成は同様となっている。
【００７６】
具体的には、この光源ユニット１１Ａ内では光源ユニット１１と同様に、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂが、所定の距離を隔ててこの順序に並列配置されている。すなわち、ここでは一例として、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚ上に配置されると共に、この緑色レーザ１１Ｇを中心として赤色レーザ１１Ｒ，青色レーザ１１Ｂがそれぞれ、距離Δｒ，Δｂを隔てて配置されている。
【００７７】
ただし、光源ユニット１１Ａでは、図中に示したように、緑色レーザ１１Ｇが光軸Ｚに対して平行配置される一方、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂはそれぞれ、光軸Ｚに対して傾斜配置されている。したがって、緑色レーザ光Ｌｇの光路は光軸Ｚに対して平行となっている一方、赤色レーザ光Ｌｒおよび青色レーザ光Ｌｂの光路はそれぞれ、光軸Ｚに対して傾斜された方向となって光路変換部材１２へ入射している。なお、このときの光軸Ｚに対する傾斜角度は、光路変換部材１２における回折光の回折角θｎと略等しくなるように設定するのが望ましい。
【００７８】
ここで、例えば図２に示した光源ユニット１１のように、赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂがそれぞれ光軸Ｚに対して平行配置されている場合、光路変換部材１２による光路変換（光路合成）後の各レーザ光の強度ピークがずれることになる。具体的には、この光路変換部材１２における光路変換により、各レーザ光の光路を互いに一致させることができるものの、放射角度分布の強度ピークは、光軸Ｚに対して回折角度θｎの分だけずれることになる。そこで、本変形例の光源ユニット１１Ａのように、光源としての各色レーザのうちの少なくとも１種類が光軸Ｚに対して傾斜配置されているようにすることにより、光路変換（光路合成）後の各レーザ光の強度ピークを光軸Ｚの方向に揃えることができる。
【００７９】
また、本変形例では、緑色レーザ１１Ｇの発光点位置に近づくように、赤色レーザ１１Ｒおよび青色レーザ１１Ｂがオフセット配置されていることにより、光路変換部材１２における回折格子構造のピッチＰを大きく設定することができる。よって、この光路変換部材１２の製造を容易化することが可能となる。これは、以下の理由によるものである。すなわち、まず一般に、各レーザの発光パワーを上げるためには、チップサイズを大きくする必要がある。ところが、チップサイズが大きくなると発光点間隔が広がってしまい、光路変換部材１２において光路合成を行うのに必要な回折パワーが大きくなる。その場合、回折格子構造が微細構造となるため、製造上の難易度が上がり、コストアップにつながる。そこで、上記のようにチップサイズを大きくせずに各光源（各レーザ）の発光点間隔を狭めることにより、上記した問題を解決することができる。
【００８０】
［変形例２］
図１０は、変形例２に係る光路変換部材（光路変換部材１２Ａ）の断面構成を概念図で表したものである。本変形例の光路変換部材１２Ａは、第１の実施の形態の光路変換部材１２において、回折格子構造（１次元の回折格子構造）がステップ構造の代わりに、以下詳述するブレーズ構造（鋸歯状構造）により形成されているものである。
【００８１】
光路変換部材１２Ａは、基体部１２０と、この基体部１２０の一面（表面）側に周期的に形成された傾斜面１２０ｂからなる回折格子構造とを有している。すなわち、この光路変換部材１２Ａにおける回折格子構造は、周期的な傾斜面構造からなる上記ブレーズ構造により形成されている。このブレーズ構造では、傾斜面１２０ｂ（傾斜面構造）における深さ（溝深さ）がＤ、傾斜面構造（単位回折構造）のピッチがＰとなっている。
【００８２】
このようなブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａを用いた場合、以下の（１９）式で規定される条件式を満たすようにするのが望ましい。この条件式を満たすように各レーザが配置されることにより、光路変換部材１２Ａからの各出射光における中心光線同士がなす角度が０度となる（色合成，光路合成がなされる）ことになるからである。なお、この（１９）式において、青色レーザ光Ｌｂの波長λｂ＝４３５〜４６０ｎｍ程度、緑色レーザ光Ｌｇの波長λｇ＝５００〜５６０ｎｍ程度、赤色レーザ光Ｌｒの波長λｒ＝６２５〜６５０ｎｍ程度であるものとする。また、光路変換部材１２Ａから出射される青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数をそれぞれ、ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとし、青色レーザ１１Ｂ、緑色レーザ１１Ｇおよび赤色レーザ１１Ｒと光軸Ｚとの距離をそれぞれ、Δｂ，Δｇ，Δｒとする。
【００８３】
【数３】
2012014797.tif 000005
【００８４】
このブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａではまた、波長λの入射光Ｌinが入射した場合、ｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）および回折角θｎはそれぞれ、以下の（２０）式および（２１）式（前述した（６）式と同じ）により表わされる。なお、（２０）式において、入射側（光路変換部材１２Ａ）の媒質屈折率をｎ０、出射側の媒質屈折率をｎ１（＝１）とする。
【００８５】
【数４】
2012014797.tif 000006
【００８６】
ここで、本変形例の光路変換部材１２Ａでは、上記（２０）式により規定されるｎ次回折光Ｌｎの回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上（Ｉ（ｎ，Ｄ）≧０．７）となるように、ブレーズ構造における深さ（溝深さ）Ｄが設定されているのが望ましい。この理由としては、前述したステップ構造の場合と同様である。
【００８７】
上記したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７の条件式を満たすときの、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒ（ｎ次回折光）における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせとしては、例えば以下の（２２）〜（２４）式で示したものが挙げられる。
（ｎｂ＝＋１、ｎｇ＝＋１、ｎｒ＝＋１）  ……（２２）
（ｎｂ＝＋３、ｎｇ＝＋２、ｎｒ＝＋２）  ……（２３）
（ｎｂ＝＋３、ｎｇ＝＋３、ｎｒ＝＋２）  ……（２４）
【００８８】
このような構成の光路変換部材１２Ａを用いた本変形例においても、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
【００８９】
＜実施例＞
続いて、本発明の具体的な実施例（実施例１〜４）について説明する。
【００９０】
［実施例１−１〜１−１２］
これらの実施例は、ステップ構造を有する光路変換部材１２と、３種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。なお、実施例１−１〜１−１２における、ステップレベル数Ｌと回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒとの組み合わせは、それぞれ、前述した（７）〜（１８）式に対応している。
【００９１】
図１１（Ａ）〜（Ｆ）および図１２（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれ、実施例１−１〜１−６，１−７〜１−１２に係る光路変換部材１２における各種パラメータを、表にして示したものである。なお、これらの図において、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）はそれぞれ、青色レーザ光Ｌｂ，緑色レーザ光Ｌｇ，赤色レーザ光Ｌｒの回折光についての回折効率であり、後述する他の実施例についても同様である。
【００９２】
また、図１３〜図２４はそれぞれ、実施例１−１〜１−１２に係る光路変換部材１２における、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。これらの図において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｇ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｃ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。また、これらの図中に示した矢印はそれぞれ、前述したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７という条件式を満たすときの、ステップ構造における深さ（溝深さ）Ｄを示すものであり、後述する実施例３−１〜３−３４についても同様である。
【００９３】
図１３〜図２４により、実施例１−１〜１−１２のいずれにおいても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７という条件式が満たされていることが分かる。
【００９４】
［実施例２−１〜２−３］
これらの実施例は、ブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａと、３種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂ）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。なお、実施例２−１〜２−３における回折次数ｎｂ，ｎｇ，ｎｒの組み合わせは、それぞれ、前述した（２２）〜（２４）式に対応している。
【００９５】
図２５（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、実施例２−１〜２−３に係る光路変換部材１２Ａにおける各種パラメータを、表にして示したものである。また、図２６〜図２８はそれぞれ、実施例２−１〜２−３に係る光路変換部材１２Ａにおける、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図２６〜図２８において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｇ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｃ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。また、これらの図中に示した矢印はそれぞれ、前述したＩ（ｎ，Ｄ）≧０．７という条件式を満たすときの、ブレーズ構造における深さ（溝深さ）Ｄを示すものであり、後述する実施例４−１〜４−８についても同様である。
【００９６】
図２６〜図２８により、実施例２−１〜２−３のいずれにおいても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７という条件式が満たされていることが分かる。
【００９７】
［実施例３−１〜３−３４］
これらの実施例は、ステップ構造を有する光路変換部材１２と、２種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂのうちの２種類）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。
【００９８】
図２９（Ａ）〜（Ｆ）、図３０（Ａ）〜（Ｆ）、図３１（Ａ）〜（Ｆ）、図３２（Ａ）〜（Ｆ）、図３３（Ａ）〜（Ｆ）および図３４（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ、実施例３−１〜３−６，３−７〜３−１２，３−１３〜３−１８，３−１９〜３−２４，３−２５〜３−３０，３−３１〜３−３４に係る光路変換部材１２における各種パラメータを、表にして示したものである。また、図３５〜図３８はそれぞれ、これらの実施例３−１〜３−３４のうちの、実施例３−２，３−３，３−１７，３−１９に係る光路変換部材１２における、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図３５〜図３８において、（Ａ），（Ｂ）は、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）のうちのいずれか２つについての回折効率特性を、それぞれ示している。
【００９９】
図２９〜図３４および図３５〜図３８により、実施例３−１〜３−３４においても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７のうちのいずれか２つの条件式が満たされていることが分かる。
【０１００】
［実施例４−１〜４−８］
これらの実施例は、ブレーズ構造を有する光路変換部材１２Ａと、２種類のレーザ光源（赤色レーザ１１Ｒ、緑色レーザ１１Ｇおよび青色レーザ１１Ｂのうちの２種類）とを用いた照明装置についての実施例に対応する。
【０１０１】
図３９（Ａ）〜（Ｆ）および図４０（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、実施例４−１〜４−６，４−７〜４−８に係る光路変換部材１２Ａにおける各種パラメータを、表にして示したものである。また、図４１，図４２はそれぞれ、これらの実施例４−１〜４−８のうちの、実施例４−４，４−８に係る光路変換部材１２Ａにおける、溝深さＤと回折効率との関係（回折効率特性）を示したものである。なお、図４１，図４２において、（Ａ）は回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ）についての回折効率特性を、（Ｂ）は回折効率Ｉ（ｎｒ，Ｄ）についての回折効率特性を、それぞれ示している。
【０１０２】
図３９，図４０および図４１，図４２により、実施例４−１〜４−８においても、図中の矢印で示した溝深さＤに設定することにより、回折効率Ｉ（ｎｂ，Ｄ），Ｉ（ｎｇ，Ｄ），Ｉ（ｎｒ，Ｄ）≧０．７のうちのいずれか２つの条件式が満たされていることが分かる。
【０１０３】
＜その他の変形例＞
以上、実施の形態、変形例および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
【０１０４】
例えば、上記実施の形態等では、光路変換部材における回折格子構造として、ステップ構造およびブレーズ構造を例に挙げて説明したが、これらの場合には限られず、他の構造からなる回折格子構造を有する光路変換部材を用いるようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記実施の形態等では、光源ユニット（光源部）における複数種類の光源がいずれもレーザ光源である場合について説明したが、この場合には限られず、複数種類の光源のうちの少なくとも１つがレーザ光源であればよい。すなわち、光源部内に、レーザ光源と他の光源（例えばＬＥＤ等）とを組み合わせて設けるようにしてもよい。
【０１０６】
更に、上記実施の形態等では、光変調素子が反射型のものである場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られず、例えば透過型の光変調素子であってもよい。
【０１０７】
加えて、上記実施の形態等では、光源ユニット（光源部）が、複数種類のレーザ（光源）をそれぞれ収容するようにパッケージ化されている場合について説明したが、光源部における光源の設置態様はこれには限られない。すなわち、光源部が複数種類の光源を有するのであれば、他の設置態様であってもよい。
【０１０８】
また、上記実施の形態等では、照明装置および表示装置の各構成要素（光学系）を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
【０１０９】
更に、上記実施の形態等では、光変調素子により変調された光をスクリーンに投射する投射光学系（投影レンズ）を備え、投射型の表示装置として構成されている場合について説明したが、本発明は、直視型の表示装置などにも適用することが可能である。
【０１１０】
加えて、上記実施の形態等では、本発明の照明装置の用途として、投射型等の表示装置を例に挙げて説明したが、これには限られず、例えばステッパ等の露光装置にも適用することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月20日(2011.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
前記複数種類の光源から入射する各入射光に対して、それらの中心光線間の距離が前記複数種類の光源間の距離よりも小さくなるように光路変換を行う光路変換部材と
を備えた照明装置。
【請求項２】
前記光路変換部材は、この光路変換部材からの各出射光における中心光線同士がなす角度が略０度となるように、前記光路変換を行う
請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光路変換部材は、回折格子構造を有する
請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記回折格子構造が、周期的な段差面構造からなるステップ構造により形成されており、
前記ステップ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記段差面構造の深さをＤとしたとき、
前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ステップ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記回折格子構造が、周期的な傾斜面構造からなるブレーズ構造により形成されており、
前記ブレーズ構造から出射される回折光の次数をｎ、前記傾斜面構造の深さをＤとしたとき、
前記複数種類の光源からの出射光の各々について前記ブレーズ構造からの回折光の回折効率Ｉ（ｎ，Ｄ）が０．７以上となるように、前記深さＤが設定されている
請求項３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数種類の光源からの出射光におけるファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が、いずれも面内異方性を有する形状であり、
前記ＦＦＰの長軸方向が、前記複数種類の光源間で互いに一致している
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数種類の光源からの出射光の偏光方向が２種類存在し、
前記２種類の偏光方向を変化させてそれらの偏光方向を互いに近づけるための位相差板が設けられている
請求項６に記載の照明装置。
【請求項８】
前記位相差板は、前記２種類の偏光方向を選択的に変化させてそれらの偏光方向を互いに一致させるものである
請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記光源部内において、少なくとも１種類の光源が光軸に対して傾斜配置されている
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源部が、前記複数種類の光源をそれぞれ収容するようにパッケージ化されている
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記複数種類の光源が、赤色光、緑色光または青色光を発する３種類の光源である
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記複数種類の光源のうちの少なくとも１つが、レーザ光源である
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１３】
照明装置と、
前記照明装置からの照明光を映像信号に基づいて変調する光変調素子と
を備え、
前記照明装置は、
異なる波長の光を発する複数種類の光源を有する光源部と、
前記複数種類の光源から入射する各入射光に対して、それらの中心光線間の距離が前記複数種類の光源間の距離よりも小さくなるように光路変換を行う光路変換部材と
を有する表示装置。
【請求項１４】
前記光変調素子により変調された照明光を被投射面に対して投射する投射光学系を更に備えた
請求項１３に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記光変調素子が液晶素子である
請求項１３または請求項１４に記載の表示装置。
【国際調査報告】
2012014797.tif 000049
2012014797.tif 000050
2012014797.tif 000051
2012014797.tif 000052